300kA系列电解槽阴极破损的现象、原因及对策张洪涛1,温铁军1,齐宁2,张万福2(1.河南豫港龙泉铝业公司,河南洛阳450041;2.沈阳铝镁设计研究院,辽宁沈阳110001)摘要:介绍了河南豫港龙泉铝业公司300kA预焙阳极电解槽大修刨炉时电解槽阴极的破损情况,简要分析了形成原因并有针对性的提出了解决的对策。

关键词:电解槽;破损;电流效率;结壳中图分类号:TF80 文献标识码:B 文章编号:10021752(2006)05004103Phenomena and causes of300kAreductioncell s damaged cathode lining and its countermeasuresZHANG Hong-tao1,WEN Tie-jun1,QI Ning2and ZHANG Wan-fu2(1.H enan Yugang L ongquan Aluminum Co.,L uoyang,H enan450041;2.Sheny angA luminum and M agnesium Engineer ing and Research Institute,Shenyang,L iaoning110001) Abstract:It presents the damaged conditi ons of300kA pre-baked anode reduction cel l s cathode lining in Henan Yugang Longquan Aluminum Co., and briefly analyzes the causes and puts forward the countermeasures.Key words:reduction cell;damage;current efficien cy;crust阴极破损是影响铝电解槽寿命最重要的原因之一,槽寿命的长短是衡量铝电解技术优劣的主要指标。

我国大多数电解槽的使用寿命为1500~1800天,多为阴极破损原因被迫停槽。

发达国家槽寿命平均为2500~3000天1!,停槽多为炉底压降高,因经济原因停槽。

河南豫港龙泉铝业公司300kA系列预焙阳极电解槽自2002年6月开始陆续投产,总体运行平稳,各项经济技术指标均达到设计水平,但目前极少数槽出现铝液中含铁量高,侧部温度高的现象,为防止突发性漏槽,剖析300kA电解槽内衬破损状况,掌握第一手资料,对今后即将到来的大修起指导作用,2005年3月108#、110#、202#、210 #槽停槽,并刨炉。

1 刨炉1.1 刨炉方式为更好地观察阴极破损情况,采用干法刨炉,首先抽取完电解质和铝液,并运走槽上部结构,让阴极内膛自然冷却。

清理阴极底块上表面残余铝渣和电解质后观察阴极内膛。

1.2 所停槽的简要数据如下表槽号通电时间冲击电压通电电流停槽时间槽龄108#2002年7月10日9时25分 5.34V298.1kA05年3月1日9时964天110#2002年7月08日9时40分 4.86V301.1kA05年3月1日9时966天202#2002年7月17日7时22分 5.8V300.8kA05年3月1日9时958天210#2002年7月11日9时40分 6.02V301.9kA05年3月1日9时963天412006年第5期 轻 金 属收稿日期:2005-05-302 阴极破损情况2.1 阴极内膛4台槽A、B大加工面阴极内膛侧壁结壳较少,槽端头小加工面侧壁结壳约50mm。

A、B大加工面在人造伸腿上沿,铝液与电解质液界面处,SiC-SiN 侧块腐蚀严重,形成断裂空洞带(见图1);四台槽阴极底块表面均有沉淀覆盖;108#槽阴极底块表面有一大冲蚀坑,坑长450m m,宽80mm,深200mm。

槽膛有数条横向裂缝,缝宽35mm。

底块表面隆起,最高处隆起92mm;110#槽有局部凹坑,有数条横向裂纹。

202#槽有局部浅凹坑。

210#槽有大面积凹坑,最深处105mm。

2.2 内衬破损现象108#槽阴极底块间缝和底块端头与浇注料接触面处有多处渗漏且渗铝较多,A5、B6阴极钢棒在浇注料中已熔断,A6、A7、A8、B7钢棒在底块中已大部分熔化并形成空洞和合金。

熔体在干式防渗料中形成不同成分的熔固体。

其中碳化铝层较厚,阴极底块向上隆起,熔体有三处已浸入保温砖层中(见图2)。

110#槽阴极底块间缝和底块端头与浇注料接触面处有多处渗漏,部分阴极钢棒有被浸蚀现象,阴极底块下熔固体在A23处渗漏至保温砖层中约0. 8m。

B4、A23阴极钢棒窗口处槽壳钢板局部烧穿, B8、B9阴极窗口处槽壳侧板、槽壳斜板大面积烧穿,铝水从槽壳和硅酸钙板漏入槽底硅酸钙板层中,形成大面积铝板层和网状铝层。

202#槽阴极底块间缝和底块端头与浇注料接触面处有少数几处渗漏。

部分阴极钢棒被腐蚀、有空洞,B8、B9阴极钢棒处槽侧板局部烧穿,铝液从槽壳与硅酸钙板中漏入槽底硅酸钙板层中,在B5、B6、B7、B8、B9处硅酸钙板中形成网状铝层,最长2100mm,宽1700mm。

210#槽阴极底块间缝和底块端头与浇注料接触面处渗漏几乎没有。

阴极底板下干式防渗料形成的结晶层较均匀,较薄,约100mm。

3 槽壳变形4台槽槽壳在A、B大面外凸变形均小于15mm,但在两端固定摇篮架与活动摇篮架大间距处,槽侧钢板均向外凸起,最大45mm。

4 形成原因根据刨炉状况、生产实践和相关理论研究表明,电解槽破损原因和现象不是孤立的而是互相制约、相互联系的。

图1Fig.1图2Fig.2∀从刨炉看侧部碳块破损严重,从人造伸腿上沿,铝液和电解质液两界面处形成长条断裂空洞,直至露出槽侧钢板。

4台槽均已小修更换过侧部碳块。

由于A、B加工面为300m m,电解质温度960#,分子比2.4,电解质在侧部碳块上不易结壳,此处碳块受两液面波动和旋流直接冲刷,腐蚀较快,加之侧部碳块渗氮层较薄,易部分粉化,侧部硅酸钙板受热易形成碎块,侧部漏铝就容易从槽壳与侧块及硅酸钙板的缝隙漏入阴极钢棒或槽底板。

∃阴极炭块质量,停炉的4台槽为两个厂家产品,其中一家炭素厂供应的两台槽阴极炭块一台破损,一台冲蚀情况明显多于其它两台槽,炭块质量问题不能排除。

%防渗料在焙烧时随炭块底部温度升高而产生物相变化,在伴有少量电解质的参与下形成一层致密的结壳层,能有效地阻止液体渗漏,但如在电解槽在焙烧启动时,温度过高,渗漏的电解质越多,结壳也越厚,挤压了干式防渗层的空间,减少了干式防渗层的可压缩性。

形成很大的膨胀力,对阴极炭块将产生巨大的应力,使炭块变形形成裂纹。

42张洪涛,温铁军,齐宁,张万福:300kA系列电解槽阴极破损的现象、原因及对策 2006年第5期&焙烧启动时期,炭块发生变异一是体积膨胀,二是进行石墨化2!,焙烧温度、时间不适宜,使阴极炭块温差过大,电流分布不匀,加剧钠和电解质铝液等的浸入,逐渐下渗产生膨胀。

∋焙烧温度控制不当也是引起漏槽的主要原因,侧部伸腿中热捣糊主要为沥青成分,焙烧温度在250#~300#时底糊仍然保持塑性,随温度升高至500#~1000#时,开始固化,引发收缩,收缩率0. 4%~1.0%之间3!,因此在焙烧预热阶段,要保持适宜温度,采用分子比2.8以上的电解质配料以形成高温、高分子比的炉帮和伸腿,保护人造伸腿。

焙烧时间也是影响阴极变化的重要原因,要保持80~ 96h的焙烧预热期,减缓对阴极的热冲击。

(形成沉淀的主要原因是由于正常生产过程中电解质水平偏低或铝水平偏高造成的。

因为电解质水平偏低,电解质的总量小,溶解氧化铝的量也相应的减少,因而下到电解槽中的氧化铝有一部分溶解不了而直接沉到槽底形成沉淀。

当铝液水平保持过高,铝量偏大,通过铝液散失的热量就大,会使槽底发冷,使槽底的沉淀硬化成结壳。

)阴极表面冲蚀、剥落不是阴极破损的主要因素,多为换阳极时捞沉淀形成的。

∗铁含量不是判定停槽的唯一依据。

四台槽的其中一台破损槽,从停槽前210天,铁含量上升超过0.2,至停槽前100天时达到最高0.76,以后均在0.3~0.6间徘徊。

所以运行半年多没发生漏炉。

要想在铁含量上升判断是否是漏槽,还须看阴极电流分布。

5 内衬设计及筑炉改进措施∀增加槽壳散热,在槽壳上焊接散热片,位置在两摇篮架之间,这样有利于形成结实的侧部结壳,保护侧部碳块。

∃槽内衬结构的改进+阴极炭块侧部改用防渗浇铸料,避免侧部发生渗漏时,铝液和电解质渗入阴极碳块内而造成的阴极破损。

,炭化硅结合氮化硅砖表面渗氮层刨炉观察仅15m m,因此侧部炭化硅结合氮化硅砖厚度选用90~100mm,(不主张采用复合碳砖),这样既易散热,以利炉帮形成又增强抗腐蚀性。

−取消钢棒间的保温砖,避免形成空间,渗漏铝液。

.阴极钢棒在浇铸料处包一层0.02mm厚的薄膜,预留钢棒膨胀间隙。

/选用合格的阴极炭块。

0保证扎糊质量尤其是炭间糊的扎固质量1伸腿压阴极炭块必需2cm以上。

6 结语提高电解槽寿命是系统的工程,与槽型结构、筑炉材料及质量、焙烧启动及工艺操作等有关,通过本次刨炉剖析,我们认为提高槽寿命应注意以下几点:∀严把筑炉质量关,注重材料选择;∃加强电解槽焙烧启动管理,焙烧时间80~96小时以上,科学控制升温曲线,及时处理偏流现象。

在启动时槽内必须有一定量的电解质液。

采用湿法无效应启动,避免炭块巨大的热冲击。

严格执行焙烧启动程序规程。

%正常生产期间要严格管理,尽量保持系列电流的稳定,注意保持合理稳定的技术参数,改进计算机控制技术。

参考文献:1!、2!邱竹贤.预焙槽炼铝M!.冶金工业出版社,2005,3.3!何允平、董民杰.铝电解寿命研究M!.东北工学院出版社,1991. 4!梁汉.三论电解槽槽底破损的早期定位监测J!.轻金属,2004,2, P24-273.(责任编辑 郝文儒)432006年第5期 轻 金 属。